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文献速读!Small,NSR和Energy Storage Materials:高性能超级带电容器及其研究进展

梦醒时分 科学指南针一测试万事屋 2023-07-10

01
Small:基于再生纤维素的耐热、坚固和亲水隔膜用于高级超级电容器

超级电容器(SC)中的隔膜通常存在机械性能低、离子传输和电解质润湿性受限以及热稳定性差等缺陷,阻碍了超级电容器的发展。在此,北京林业大学Wu Hongqin等人设计了高性能再生纤维素 (RC) 基隔膜,其通过有效水解蚀刻无机 CaCO3制成来自填充 RC 膜的纳米粒子。


所制备的 RC 隔膜表现出优异的综合性能,如更高的拉伸强度 (75.83 MPa) 和热稳定性 (200 °C),优于商用聚丙烯隔膜 (Celgard 2500),即使在温度超过 200 °C。得益于其亲水性、高孔隙率和出色的电解液吸收率 (208.5%),RC 隔膜表现出离子的快速传输和渗透性,比经过验证的商业非织造聚丙烯隔膜 (NKK -MPF30AC-100) 高 2.5 倍通过在 1.0 m Na2SO4中的电化学测试 电解质。


结果表明,多孔 RC 隔膜具有优异的电解质润湿性、机械强度和高热稳定性等独特优势,是一种很有前途的高性能和安全性 SC 隔膜。


参考文献:

DOI:10.1002/smll.202205152

原文链接:

https://doi.org/10.1002/smll.202205152


02


National Science Review:具有超高系统体积性能和面积输出电压的单片集成微型超级电容器


具有高系统性能和电池数量密度的单片集成微型超级电容器 (MIMSC) 对于微型电子产品以支持物联网非常重要。


然而,考虑到材料选择、电解质限制、微加工和器件性能均匀性等关键因素,在极小空间内制造可定制的 MIMSC 仍然是一个巨大的挑战。在这里,中国科学院大连化学物理研究所Wang Sen等人开发了一种通用的大通量微加工策略,通过结合多步光刻图案化、MXene 微电极的喷涂印刷和凝胶电解质的可控三维 (3D) 印刷来解决所有这些问题。


作者通过利用用于微电极沉积的高分辨率微图案化技术和用于精确电解质沉积的 3D 打印技术,实现了电化学隔离微型超级电容器的整体集成。值得注意的是,获得的 MIMSC 表现出 28 cells cm-2 的高面数密度(3.5 × 3.5 cm2 上有 340 个细胞),创纪录的 75.6 V cm-2 面积输出电压,可接受的系统体积能量密度为 9.8 mWh cm-3,在 162 V 的极高输出电压下经过 4000 次循环后,容量保持率达到前所未有的 92%。这项工作为单片集成和微型储能组件为未来微电子提供动力铺平了道路。


参考文献:

DOI: 10.1093/nsr/nwac271

原文链接:

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac271


03


Energy Storage Materials: 超级电容器“盐包水”电解质的温度依赖结构和性能演变


与传统的稀水性电解质相比,“盐包水”(WIS) 电解质表现出更大的电化学稳定性窗口,这有助于实现高压水性电化学储能装置


然而,超高浓度的 WIS 电解质引起了人们对其温度可用性的严重担忧在此,中山大学材料科学与工程学院Zhang Qingnuan等人通过拉曼光谱和分子动力学模拟证明了不同浓度电解质的温度依赖性电化学性能与其溶剂化结构和分子间相互作用的相关性。21 m (mol kg-1) WIS 电解质在 >25 °C 的高温范围内具有优势,而 5 m WIS 电解质显示出优异的低温性能,即使在 -30 °C 下也能保持稳定的凝胶状态,这归因于肌肉氢键网络。


用不同浓度的 WIS 电解质组装的碳超级电容器的电化学性能评估进一步验证了我们的发现。本研究为在不同温度下工作的电化学储能装置选择合适的 WIS 电解质提供了指导。


参考文献:

DOI: 10.1016/j.ensm.2022.11.056

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.11.056




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